HIPS: описание, параметры печати, хранение и постобработка материала

В современной промышленности полистирол — один из наиболее распространенных полимеров, применяемый в производстве бытовой техники, хозяйственных принадлежностей, упаковки и тары, включая пищевую. В 3D-печати полистирол играет еще одну важную роль в качестве опорного материала при работе с популярным АБС-пластиком.

Основные преимущества и недостатки HIPS

Чистый полистирол весьма хрупок, поэтому обычно его комбинируют с полибутадиеном или другими синтетическими каучуками, повышающими эластичность итогового материала, называемого уже ударопрочным полистиролом (High Impact Polystyrene или HIPS). В 3D-печати HIPS в основном применяется для выращивания опорных структур. Тем не менее, этот материал хорошо подходит для прототипирования и производства конечных изделий.

Ударопрочный полистирол хорошо шлифуется и поддается покраске акриловыми красками, а также многократной переработке без значительной деградации физико-механических свойств. Этот полимер стоек к щелочам, кислотам и минеральным маслам, но уязвим ко многим растворителям, в том числе лимонену. Именно последняя особенность делает его привлекательным в качестве опорного материала в связке с одним из наиболее популярных пластиков в сфере 3D-печати — акрилонитрилбутадиенстиролом или АБС.

3D-печатная деталь из АБС с поддержками из ударопрочного полистирола до и после удаления HIPS

Во время 3D-печати АБС и полистирол хорошо слипаются между собой, но лимонен на АБС не действует. При наличии 3D-принтера с двумя экструдерами это позволяет печатать детали из АБС c внутренними полостями, нависающими под большими углами частями и тонкими, хрупкими элементами, используя для поддержки полистирол. По завершении 3D-печати полистирол растворяется в лимонене, и остается готовое изделие из АБС без необходимости в ручном удалении опорных структур, чреватого повреждением модели.

В сравнении с АБС полистирол демонстрирует несколько меньшую прочность на разрыв, сжатие и изгиб, но при этом более высокую ударную стойкость. Относительно низкая плотность этого материала позволяет получать довольно легкие изделия. HIPS обладает широким диапазоном эксплуатационных температур, но в то же время плохо переносит воздействие ультрафиолетового излучения, быстро желтея и теряя прочность. При эксплуатации на открытом воздухе на детали из HIPS желательно наносить защитные покрытия, оберегающие материал от прямого воздействия солнечного света.

Общие характеристики REC HIPS:

• Плотность: 1,03 г/см^3
• Температура эксплуатации: от -40°С до +70°С
• Температура размягчения: ~96°С

Механические характеристики REC HIPS:

• Ударная вязкость по Шарпи: 198,92 кДж/м^2
• Прочность при растяжении вдоль слоев: 16,4 МПа
• Модуль упругости при растяжении вдоль слоев: 0,93 ГПа
• Прочность на изгиб: 37,6 МПа
• Модуль упругости на изгиб: 1,35 ГПа
• Максимальная нагрузка на изгиб: 62 Н
• Прочность при растяжении поперек слоев: 10,9 МПа
• Модуль упругости при растяжении поперек слоев: 1,27 ГПа
• Максимальная нагрузка на растяжение: 662 Н
• Прочность на сжатие: 40,5 МПа
• Модуль упругости на сжатие: 1,46 ГПа
• Максимальная нагрузка на сжатие: 5045 Н
• Коэффициент удлинения: н/д
• Биоразлагаемость: н/д
• Диэлектрическая проницаемость: 5,40х10^14 Ом/см
• Предел текучести при растяжении и температуре 23°С: н/д
• Прочность при изгибе 2,8 мм/мин. 23°C: н/д
• Ударная твердость по Роквеллу (шкала R): 79
• Вязкость по Изоду: 11 кДж/м^2
• Масло- и бензостойкость (максимальное изменение формы за 24 часа): 0,5%
• Кислородный индекс, %O2 по ГОСТ 21793-76: 17,9-18,2
• Массовая доля золы по ГОСТ 15973: менее 0,25%

HIPS: рекомендации по подготовке к 3D-печати

Настройки для 3D-печати полистиролом довольно схожи с настройкам для АБС, хотя полистирол экструдируется при несколько более низких температурах. HIPS тоже сильно подвержен термоусадке, поэтому настоятельно рекомендуется печатать в термокамерах, с подогревом столика и без обдува слоев — точно так же, как АБС, что упрощает одновременную работу с этими двумя материалами.

Для повышения адгезии с рабочей поверхностью можно использовать каптоновую пленку, полиэфиримидные покрытия, лаки и клеи, например наш универсальный состав The3D. Дополнительно, для борьбы с отклеиванием первых слоев можно печатать на рафтах или с юбками.

Процесс удаления опорных структур из HIPS с помощью лимонена

Если HIPS используется для построения опорных структур, по завершении 3D-печати необходимо дождаться полного остывания модели, и только после этого приступать к химической обработке — выдержке модели в лимонене. Так как лимонен стоит достаточно дорого, ради экономии можно отделять большие куски полистирола вручную, а затем растворять остатки.

Рекомендуемые настройки для 3D-печати материалом REC HIPS:

• Температура сопла: 220-235°C
• Температура стола: 90-110°C
• Обдув не рекомендуется
• Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D
• Минимальный диаметр сопла: 0,1 мм

Хранение HIPS

Ударопрочный полистирол демонстрирует очень низкую гигроскопичность, так что проблем с закипанием пластика из-за набранной влаги возникать не должно. Тем не менее, неиспользуемый филамент желательно хранить в герметичных пакетах или контейнерах с силикагелем, так как это защитит материал от накапливания если не влаги, то пыли, способной образовывать нагар в хотэнде и пробки в соплах.

При необходимости полистирол можно просушить непосредственно перед 3D-печатью, используя фруктосушилку, электрическую духовку или специализированное оборудование, а для очистки от пыли пропускать филамент через простой поролоновый фильтр по пути от катушки к хотэнду.

Подробно о хранении и сушке филаментов из различных пластиков рассказывается в отдельных статьях по ссылкам ниже:

Хранение филамента

Сушка пластика

Постобработка HIPS

HIPS хорошо и легко шлифуется, грунтуется и красится. Что касается химической обработки, для сглаживания поверхностей можно использовать лимонен, сольвент, дихлорметан или ацетон, но с одной оговоркой: как упоминалось выше, для удаления опорных структур из полистирола необходимо использовать именно лимонен, так как он не действует на АБС, служащий основным материалом. Остальные перечисленные растворители реагируют и с полистиролом, и с АБС, а потому не подходят для удаления поддержек. При использовании растворителей не забывайте соблюдать технику безопасности: работайте в хорошо вентилируемых помещениях вдали от источников открытого пламени и используйте защиту для рук и глаз.

Безопасность REC HIPS

В общем и целом, ударопрочный полистирол считается безопасным материалом и даже широко применяется в производстве пищевой упаковки и тары, например одноразовой посуды. Обычный, знакомый каждому пенопласт — это тоже разновидность полистирола. В то же время стоит иметь в виду, что если сам полистирол безопасен, то в пластике могут содержаться остаточные объемы мономера, то есть стирола, а это ядовитое и канцерогенное вещество. Именно по этой причине ту же одноразовую посуду из HIPS рекомендуется использовать только с холодной пищей и напитками: выделение стирола если и происходит, то при высоких температурах, например непосредственно во время 3D-печати, в контакте с кипятком или при разогреве в микроволновой печи.

Наши материалы для 3D-печати изготавливаются с соблюдением норм по предельно допустимым концентрациям, но мы все равно рекомендуем печатать в хорошо вентилируемых помещениях, желательно с вытяжкой, и избегать использования HIPS в 3D-печати изделий, контактирующих с пищей, особенно горячей.

Объемы выделений и предельно допустимые концентрации (ПДК):

• Стирол: <0,05 мг/м^3 (ПДК 30 мг/м^3)
• Ацетальдегид: <0,5 мг/м^3, (ПДК 5 мг/м^3)

Сертификаты безопасности публикуются в специальном разделе нашего сайта.

Испытания REC HIPS

Наша компания последовательно проводит испытания выпускаемых филаментов для 3D-принтеров. С отчетами об испытаниях* REC HIPS можно ознакомиться по ссылкам ниже:

На ударную вязкость по Шарпи

На изгиб

На разрыв вдоль слоев

На разрыв поперек слоев

На сжатие

*все испытания проводились на напечатанных образцах с толщиной слоя 0.2мм